Istraživači su predstavili novu strategiju za povećanje katalitičke aktivnosti korištenjem volframovog suboksida kao katalizatora s jednim atomom (SAC). Ova strategija, koja značajno poboljšava reakciju razvijanja vodika (HER) u metalnoj platini (pt) za 16,3 puta, baca svjetlo na razvoj novih tehnologija elektrokemijskih katalizatora.

Vodik se reklamira kao obećavajuća alternativa fosilnim gorivima. Međutim, većina konvencionalnih industrijskih metoda proizvodnje vodika dolazi s ekološkim problemima, oslobađajući značajne količine ugljičnog dioksida i stakleničkih plinova.

Elektrokemijsko razdvajanje vode smatra se potencijalnim pristupom za proizvodnju čistog vodika. Pt je jedan od najčešće korištenih katalizatora za poboljšanje učinka HER-a u elektrokemijskom razdvajanju vode, ali visoka cijena i nestašica Pt ostaju ključne prepreke masovnoj komercijalnoj primjeni.

SAC-ovi, gdje su sve metalne vrste pojedinačno raspršene na željenom materijalu za podršku, identificirani su kao jedan od načina za smanjenje količine upotrebe Pt, budući da nude maksimalan broj površinski izloženih atoma Pt.

Inspiriran ranijim studijama, koje su se uglavnom usredotočile na SAC-ove poduprte materijalima na bazi ugljika, istraživački tim KAIST-a predvođen profesorom Jinwoo Leeom s Odjela za kemijsko i biomolekularno inženjerstvo istražio je utjecaj pomoćnih materijala na performanse SAC-ova.

Profesor Lee i njegovi istraživači predložili su mezoporozni volframov suboksid kao novi potporni materijal za atomski raspršeni Pt, jer se očekivalo da će osigurati visoku elektronsku vodljivost i imati sinergijski učinak s Pt.

Usporedili su performanse jednoatomnog Pt podržanog ugljikom i volframovim suboksidom. Rezultati su otkrili da se učinak potpore pojavio s volframovim suboksidom, u kojem je masena aktivnost jednoatomskog Pt podržanog volframovim suboksidom bila 2,1 puta veća od one jednoatomnog Pt podržanog ugljikom i 16,3 puta veća od one Pt nanočestice poduprte ugljikom.

Tim je ukazao na promjenu elektronske strukture Pt prijenosom naboja s volframovog suboksida na Pt. Ovaj fenomen je prijavljen kao rezultat jake interakcije metala i potpore između Pt i volframovog suboksida.

NJEZINE performanse mogu se poboljšati ne samo promjenom elektroničke strukture poduprtog metala, već i induciranjem drugog učinka potpore, efekta prelijevanja, izvijestila je istraživačka skupina. Prelijevanje vodika je pojava gdje adsorbirani vodik migrira s jedne površine na drugu, a događa se lakše kako veličina Pt postaje manja.

Istraživači su usporedili performanse jednoatomnih Pt i Pt nanočestica podržanih volframovim suboksidom. Jednoatomni Pt podržan volframovim suboksidom pokazao je veći stupanj fenomena prelijevanja vodika, što je povećalo aktivnost mase Pt za razvijanje vodika do 10,7 puta u usporedbi s nanočesticama Pt podržanim volframovim suboksidom.

Profesor Lee je rekao: “Odabir pravog potpornog materijala važan je za poboljšanje elektrokatalize u proizvodnji vodika. Volfram suboksidni katalizator koji smo koristili za potporu Pt u našoj studiji implicira da interakcije između dobro usklađenog metala i potpore mogu drastično povećati učinkovitost procesa.”